can總線的淺析canopen協(xié)議-在線瀏覽
2025-07-01 03:50本頁面
【正文】 發(fā)展基于CAN的高層應(yīng)用協(xié)議，只用在應(yīng)用層上，不同公司的產(chǎn)品才可能實現(xiàn)互操作，好的應(yīng)用層協(xié)議更可以為用戶帶來系統(tǒng)性能的飛躍。其中，比較著名的有美國汽車工程師協(xié)會(SAE)制定的車內(nèi)通信規(guī)范J1939等。為了能夠把CAN推廣到更多的領(lǐng)域，歐洲一些公司推出了CAL(應(yīng)用層CAN)協(xié)議，盡管CAL在理論上正確，并在工業(yè)上可以投入應(yīng)用，但每個用戶都必須設(shè)計一個新的子協(xié)議，因為CAL 是一個真正的應(yīng)用層協(xié)議。從1993 年起，由Bosch公司領(lǐng)導(dǎo)的一個歐洲機構(gòu)研究出一個協(xié)議原型，由此發(fā)展成為CANopen規(guī)范。在CANopen規(guī)范基本完成之后，Bosch將其移交給CIA組織，由其進行維護與發(fā)展。 CANopen 不僅定義了應(yīng)用層和通信子協(xié)議，而且為可編程系統(tǒng)、不同器件、接口、應(yīng)用子協(xié)議定義了大量的行規(guī)，遵循這些行規(guī)開發(fā)出的CANopen設(shè)備將能夠?qū)崿F(xiàn)不同公司產(chǎn)品間的互操作。CANopen目前已在汽車工業(yè)控制系統(tǒng)，公共交通運輸系統(tǒng)，醫(yī)療設(shè)備，海運電子設(shè)備和建筑自動化系統(tǒng)中取得了廣泛的應(yīng)用，是將CAN應(yīng)用推向深化的理想選擇。在CANopen的應(yīng)用層，設(shè)備間通過相互交換通信對象進行通信。 CANopen設(shè)備模型 一個CANopen設(shè)備模塊可以被分為3部分，如圖2所示。不同CANopen設(shè)備間的通信都是通過交換通信對象完成的。 對象字典描述了設(shè)備使用的所有的數(shù)據(jù)類型，通信對象和應(yīng)用對象。對象字典位于通信程序和應(yīng)用程序之間，向應(yīng)用程序提供接口，應(yīng)用程序?qū)ο笞值溥M行操作就可以實現(xiàn)CANopen通信。 應(yīng)用程序由用戶編寫，包括功能部分和通信部分。 CANopen網(wǎng)絡(luò)的通信和管理都是通過不同的通信對象來完成的，為了能夠?qū)崿F(xiàn)通信，網(wǎng)絡(luò)管理，緊急情況處理等功能，CANopen規(guī)范定義了四類標準的通信對象： PDO被映射到單一的CAN幀中，使用所有的8個字節(jié)的數(shù)據(jù)域來傳輸應(yīng)用對象。PDO可以通過多種模式傳送，內(nèi)部事件，外部時鐘，遠程幀請求以及從特定節(jié)點接收到同步報文都可以啟動PDO發(fā)送。服務(wù)數(shù)據(jù)對象(SDO) 第二類通信對象為服務(wù)數(shù)據(jù)對象，該對象可以傳輸大于8個字節(jié)的配置信息。接收者將確認收到的每個段信息，發(fā)送和接收者間將建立點對點的通信，稱之為客戶機/服務(wù)器模式。 節(jié)點警戒對象是由NMT主節(jié)點遠程請求發(fā)送的帶有1字節(jié)數(shù)據(jù)的CAN幀，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)中包含1個觸發(fā)位以及7個用于表示節(jié)點狀態(tài)的數(shù)據(jù)位。發(fā)送周期(警戒時間)的長度在對象字典中規(guī)定并且可以通過SDO進行配置。這種機制保證了即使NMT主節(jié)點不在了，系統(tǒng)中的其他節(jié)點也可以通過用戶定義的方式進行回應(yīng)。特殊功能對象 CANopen還為同步，緊急狀態(tài)表示以及時間標記傳送定義了三個特定的對象。當設(shè)備發(fā)生嚴重的內(nèi)部錯誤時，相關(guān)的一個緊急狀態(tài)客戶機將發(fā)送一個緊急狀態(tài)對象。 要理解CANopen規(guī)范，核心是要理解CANopen的設(shè)備模型和各類型的通信對象。 展望 最近一段時期，國內(nèi)開發(fā)、應(yīng)用CAN系統(tǒng)的人員正在逐漸增多，對CAN協(xié)議的研究也在不斷加深。電力，航天等部門也在CAN方面取得了不小的應(yīng)用成績。另外，國內(nèi)研究、開發(fā)CAN協(xié)議，尤其是CAN高層協(xié)議的組織和人員還太少，這對CAN在中國的推廣是十分不利的，筆者誠切希望更多的有識之士能夠加入這一行列。一、CANopen協(xié)議中SYNC功能和使用 SYNC是CANopen管理各節(jié)點同步數(shù)據(jù)收發(fā)的一種方法，相當于網(wǎng)絡(luò)節(jié)拍，基于同步的PDO按照這個網(wǎng)絡(luò)節(jié)拍來執(zhí)行實時數(shù)據(jù)的收發(fā)。SYNC生產(chǎn)者按照固定頻率發(fā)送SYNC報文，需要SYNC的節(jié)點(消費者)將其接收并計數(shù)，當計數(shù)值達到節(jié)點相應(yīng)TPDO要求時，該TPDO映射的數(shù)據(jù)被發(fā)送(根據(jù)PDO傳輸類型也可能是映射數(shù)據(jù)更新)，此過程中SYNC生產(chǎn)者提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)拍，各消費者以節(jié)拍周期的倍數(shù)執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸功能。2. SYNC是不帶數(shù)據(jù)的，以使報文盡可能短，目的是為了加快其傳輸，減少網(wǎng)絡(luò)占用。其優(yōu)先級只比心跳(Heartbeat)高。SDO請求和應(yīng)答報文都是8個字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中包括對象字典的索引、子索引、SDO命令和數(shù)據(jù)。 四、怎樣實現(xiàn)SDO服務(wù) SDO是CANopen協(xié)議中最復(fù)雜的一部分，帶有應(yīng)答機制，有多種傳輸方式，并且完整的SDO功能節(jié)點需提供1個SDO server和多個SDO client，因此SDO的實現(xiàn)異常困難，協(xié)議多種傳輸方式的解析處理還有跡可循，多個SDO client服務(wù)和多個對SDO server的訪問的協(xié)調(diào)就不容易了，這里介紹一種方法——SDO線程來解決。我們這里的SDO線程只是借鑒了操作系統(tǒng)多線程機制的一套SDO服務(wù)處理方法，每個SDO線程表示的是與網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點建立的一個SDO鏈接，相當于在兩個節(jié)點間建立一個SDO通訊路徑，其中每個節(jié)點都擁有一個對這個路徑的描述，在該節(jié)點看來好像建立了一個線程來負責這個路徑（但決不會真的創(chuàng)建一個系統(tǒng)線程），在通訊過程中雙方通過這個路徑來交流，SDO通訊結(jié)束則釋放該線程，每個節(jié)點可以同時與多個節(jié)點建立多個這樣的路徑和互不影響，就如同操作系統(tǒng)的線程機制一樣的效果。SDO線程參數(shù)表可以說是SDO線程的核心，所有SDO線程的建立、刪除和SDO通訊都要涉及到這個參數(shù)表。一次SDO訪問是這樣完成的。SDO服務(wù)節(jié)點(SDO server)收到這幀請求，為它建立一個SDO線程，將這幀請求分析分解以獲得足夠信息來初始化這個SDO線程對應(yīng)的參數(shù)表，然后程序就會按照參數(shù)表的描述去執(zhí)行server的功能收集數(shù)據(jù)來滿足這個SDO請求，然后將收集到的數(shù)據(jù)形成SDO應(yīng)答幀返回給SDO client，如果此次請求結(jié)束則釋放該線程，否則等待下一幀請求到來；SDO client在收到應(yīng)答后判斷該請求是否還有后續(xù)請求，無則釋放此SDO線程。該方法已在單片機下實現(xiàn)，效果還不錯。注意，這里的線程可不是操作系統(tǒng)提供的多線程技術(shù)，況且為保證協(xié)議棧良好的移植性，在CANopen協(xié)議棧核心代碼里中也不好去調(diào)與操作系統(tǒng)相關(guān)的庫函數(shù)。我們知道每建立一個線程都會生成一個描述線程屬性的參數(shù)表和一些私有數(shù)據(jù)，類似的，SDO線程的建立也會初始化一個對應(yīng)的參數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體——SDO線程參數(shù)表，以之來描述這個SDO鏈接的屬性并提供私有通訊數(shù)據(jù)的存儲。參數(shù)表內(nèi)容包括能夠描述一個SDO訪問過程的所有參數(shù)，這里不詳述。首先SDO發(fā)起節(jié)點(SDO client)收集足夠的信息，建立一個SD
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